Muskeln – Eine Gebrauchsanweisung – Teil 1 Wachstum

‚Muskeln – Eine Gebrauchsanweisung – Teil 1 Wachstum‘ tag=’h1′ style=’blockquote classic-quote‘ size=“ subheading_active=“ subheading_size=’15‘ padding=’12‘ color=“ custom_font=“]

Muskeln sind wahre Arbeitsmaschinen. In komplexem, genau koordiniertem Zusammenspiel verrichten sie unsere tägliche Arbeit. Mit ihrer Funktion beschäftigen wir uns meist nur, wenn wir sie verletzen oder Sportler sind. Wenn wir sie verletzen, wollen wir sie heilen. Wenn wir Sportler sind, wollen wir stärkere, ausdauerndere und größere Muskeln. Reha und Heilung ist nicht mein Gebiet. Wenn es um stärker und breiter geht, rede ich gern ein Wörtchen mit. In dieser Artikelreihe geht es um ein paar oft missverstandene Fakten rund um Muskeln. Heute fangen wir erstmal damit an, wie sie eigentlich wachsen.

Viele Laien sind überzeugt, dass Muskelkater ein Schaden am Muskel ist, der Muskelwachstum auslöst. Das Training beschädigt den Muskel, die Reparatur lässt ihn wachsen. Das ist sogar teilweise richtig, Muskelschäden sind wirklich einer der drei Faktoren, die Muskeln wachsen lassen. Die beiden anderen, weitaus wichtigeren Faktoren, sind eher unbekannt außerhalb der Fachwelt. Die drei Faktoren des Muskelaufbaus sind: Mechanische Arbeit, Stoffwechsel Reize und Muskelschäden. Jeder dieser drei Faktoren kann Muskelaufbau auslösen.

Muskeln bestehen aus motorischen Einheiten. Eine solche Einheit besteht aus einer bestimmten Menge Muskelfasern, abhängig von ihrem dominanten Fasertyp. Typ 1 Fasern sind sehr langsam ermüdende, aber relativ schwache Faserbündel, Typ 2A Fasern ermüden schneller und sind etwas stärker und Typ 2B/2X Fasern sind extrem starke, extrem schnell ermüdende Fasern. Muskelfasern sind lange Zellen, die auch Myozyten genannt werden. Jede einzelne Muskelfaser ist eine langgezogene Zelle. Muskelfasern bestehen aus Sarkomeren. Ein Sarkomer ist die kleinste Einheit, die im Muskel angesteuert werden kann.

Muskelfasern sind deswegen sehr interessant, weil sie nicht neu gebildet werden. Man unterscheidet zwischen Hyperplasie und Hypertrophie. Hyperplasie wäre die Neubildung von Muskelfasern. Ob es diese im Menschen überhaupt gibt, ist heutzutage noch umstritten! Größere Muskeln bedeuten nicht unbedingt mehr Muskelfasern. Muskelfasern sind post-mitotisch. Das heisst, dass sie zwar Zellen sind, aber nicht an der aus dem Bio Unterricht bekannten Zellteilung teilnehmen. Eine Muskelfaser teilt sich nicht!

Wie wird ein Muskel nun größer? Das Geheimnis liegt in den Sarkomeren und Satellitenzellen. Und natürlich, den drei Faktoren des Muskelwachstums! Satellitenzellen sind eine Art Stammzelle. Die Satellitenzellen teilen sich zur Unterstützung der Muskelfaser. Wenn sich eine Satellitenzelle teilt, entwickelt sie einen neuen Zellkern bei der Teilung. Dieser neue Zellkern kann sich dann entweder mit anderen Zellkernen in der Muskelfasern verschmelzen oder die Funktionen annehmen, die die Muskelfaser braucht. Auf diese Weise kann in einer einzelnen Muskelfaser mehr Protein angesteuert werden.

Proteine? Ja, sogenannte kontraktile Proteine. In einem komplexen Zusammenschluss sorgen kleine Proteinelemente im Sarkomer dafür, dass eine Kontraktion stattfindet. Die Zellkerne sind dafür da, dass das Signal ausreichend weitergeleitet werden kann in den Sarkomeren im Muskel. Wenn der Muskel wächst, werden neue Sarkomere gebildet, die dann in parallel geschaltet werden.Deswegen brauchen wir eine größere Anzahl dieser Kerne um den größeren Muskel zu kontrahieren, da jedes Sarkomer von einem Kern angesteuert werden muss.

Es gibt eine Reihe biochemischer Vorgänge, die aber für einen Artikel dieser Art etwas zu komplex sind. Es sei dazu gesagt: Wir kennen einen großen Teil der Vorgänge, die zu Muskelwachstum führen. Es gibt noch einige kleine Puzzleteile die fehlen. Das Gute daran ist, dass diese fehlenden Teile keinerlei Auswirkung auf die Praxis haben und eher akademisch-wissenschaftlicher Natur sind. Wir wollen es verstehen, müssen es aber nicht um Muskeln wachsen zu lassen

‚Muskelwachstum – Mechanische Reize‘

Wenn der Muskel sich zusammenzieht, passiert das meist, damit er eine Kraft auf einen Knochen ausüben kann. Es gibt Ausnahmen bei Muskeln, die keine Skelettmuskeln sind, wie bspw. dem Herz oder der Speiseröhre. Wenn sich ein Skelettmuskel zusammen zieht, dann zieht er mit seiner Verkürzung an mindestens einer Sehne. Diese Sehne befindet sich als Ansatzpunkt an einem Knochen. Man kann sich das vorstellen wie eine Falltür mit einem Seil. Um die Falltür zu öffnen, ziehen wir einfach an dem Seil. Das Seil ist unsere Sehne, die Falltür unser Knochen.

Um das zu schaffen, müssen sich die Sarkomere in den Muskelfasern zusammenziehen. Das passiert durch die Zusammenwirkungen der Proteine im Sarkomer. Aktin und Myosin sind die beiden wichtigsten Komponenten der Sarkomere. Wenn sich der Muskel verkürzt, dann greift das Myosin mit einigen sog. Köpfchen an das Aktin Filament und zieht sich daran entlang. Dies dauert zwischen 10-100ms und für eine starke Verkürzung ist es nötig, diesen Vorgang vom Greifen und Loslassen mehrfach zu wiederholen.

Wenn sich der Muskel zusammenzieht, erfordert dies ein kontinuierliches Feuern der Nerven, die den Impuls aufrechterhalten müssen. Dieser Impuls stört gleichzeitig wenn er ausreichend stark ist aber auch die Integrität des Muskels. Die Spannung wird als Stress oder Reiz wahrgenommen. Über einige der bisher nicht benannten biochemischen Signalwege reagieren die Satellitenzellen auf den Stress, der durch die Spannung ausgelöst wird. Um maximale mechanische Reize auszulösen, müssen Muskelfasern ermüdet werden. Nur indem sie ermüden können andere Muskelfasern ebenso durch Spannung gereizt werden. Ein Gewicht muss also schwer genug sein, damit die wachstumsfreudigen Muskelfasern belastet und ermüdet werden. Aber es muss leicht genug sein, damit die Spannung und der mechanische Reiz oft und lange genug wirken kann. Hierbei ist das Spannungs-Zeit-Integral entscheidend. Ein höheres Gewicht bedeutet eine höhere Spannung. Je höher das Gewicht das für eine bestimmte Zeit aufgebracht werden kann, desto stärker ist der Reiz. Je länger das Gewicht benutzt werden kann, desto stärker der Reiz. Es hat sich in der Forschung herausgestellt, dass das Mindestgewicht hierbei ca. 65% des Gewichtes beträgt, was einmal bewegt werden kann. Es hat sich ebenso herausgestellt dass es sehr schwierig ist, die nötige Spannungsdauer mit einem ausreichenden Trainingsvolumen herzustellen, wenn das gewicht mehr als 85% beträgt. Es ist theoretisch möglich, aber schwierig.

Mechanische Reize sind der wichtigste Faktor um Muskelwachstum. Lassen wir einen Muskel unbewegt, so beschädigt er auch ist, dann schrumpft er mit der Zeit. Lassen wir einen Muskel mit ausreichender Spannung arbeiten, dann wächst er. Ausreichende Spannung ist enorm wichtig. Im nächsten Artikel über Kraft und Masse wirst du dann auch erfahren, warum wir das Gewicht erhöhen müssen. Jetzt kommen wir erst einmal zum zweiten wichtigen Punkt: Stoffwechselreize.

‚Stoffwechselreize‘

Der muskuläre Stoffwechsel ist durch die Nutzung dreier Energiesysteme gekennzeichnet, die wir in einem späteren Artikel genauer ansehen werden. Eines dieser Energiesysteme ist jedoch entscheidend für unser Training mit Gewichten. Das anaerob-laktazide Energiesystem feuert vor allem Typ 2A und zum Teil Typ 2B Muskelfasern an. Es ist ein verschwenderisches System und erzeugt eine Menge von Abbauprodukten. Laktat, Säurereste und Stickstoffmonoxid sind wichtige Teile des Prozesses. Während der Muskel seine Arbeit verrichtet, ist der Abtransport dieser Stoffe behindert. Vor allem bei mittleren Wiederholungszahlen und dem allbekannten “Brennen” kommt es dazu, dass der Muskel eine Art Blutstau erlebt bei dem weniger Blut abtransportiert werden kann. Das führt unter anderem dazu, dass die Menge an Säureresten und Laktat mit der Zeit den pH Wert ansteigen lässt und die Energiebereitstellung nicht mehr so funktioniert, wie sie sollte. Ein zweiter Faktor ist dass durch den verminderten Blutfluss auch der Sauerstoffgehalt des Blutes im Muskel sinkt. Dadurch kann das aerobe System die Abbauprodukte nicht mehr schnell genug verwenden und das Puffersystem kann die Säurereste nicht mehr ausreichend binden. Der Muskel steht damit unter starkem metabolischem Stress. Das wiederum löst eine Reaktion der Satellitenzellen aus, der Muskel wächst.

‚Muskelschäden‘

Der dritte Faktor im Bunde sind Muskelschäden. Diese spüren wir manchmal, manchmal nicht. Ein klassischer Fehler ist es Muskelkater mit Muskelwachstum gleichzusetzen Muskelkater ist noch nicht hundertprozentig geklärt. Man geht aber heutzutage vor allem davon aus, dass Muskelkater nicht nur durch Muskelschäden ausgelöst wird. Stattdessen reden wir von einer Kette von Reaktionen. Der Muskel wird durch Belastung beschädigt, vor allen Dingen an den sog. Z-Scheiben der Sarkomere. Man vermutet, dass Muskelkater nun erst ausgelöst wird, wenn in den beschädigten Geweben Wassereinlagerungen Druck auslösen und sich der Muskel dadurch leicht entzündet.

Training mit Widerständen führt dazu, dass Schäden an verschiedensten Strukturen stattfinden. Es kann an den kontraktilen Proteinen aber auch an Gewebe das nur zur Verbindung der Sarkomere zu Schäden kommen, manchmal reisst auch das gesamte Zellskelett einer Faser an bestimmten Stellen ein. Als Reaktion folgt eine Entzündungsreaktion, die dem entspricht, was wir bei einer Schnitt oder Schürfwunde erwarten würden, die sich infiziert. Weiße Blutkörperchen reichern sich an der Verletzungsstelle an und locken Fresszellen an, die beschädigtes und infiziertes Gewebe auffressen. Die Aktivität der Fresszellen wiederum sorgt dafür dass einige Wachstumfaktoren angeregt werden, die das Gewebe wieder aufbauen. Und das größer als es vorher war.  Gleichzeitig siedeln sich Satellitenzellkerne nach ihrer Teilung bevorzugt an beschädigten Stellen an. Einige Studien zeigen sogar, dass keine Satellitenzellteilung ohne Muskelschäden stattfand. Die Bedeutung von Muskelschäden ist damit für das Training auf der einen Seite enorm, dennoch jedoch weit geringer als man es erwarten würden, wenn es um Trainingsplanung geht. Muskelschäden sind ein automatischer Effekt exzentrischer Bewegungen. Durch Beschädigungen an den Sarkomeren führen sie auf lange Sicht dazu, dass sich Satellitenzellen Teilen und an den Endstücken der Beschädigungen ansiedeln.  Während sie sicherlich einen Teil des Ganzen spielen, sind mechanische Überlastung und Stoffwechselreize insgesamt wichtigere Punkte in der Planung. Die exzentrische Belastung der Muskulatur führt auf kurz oder lang automatisch dazu, dass Schäden an der Muskulatur stattfinden und damit ist dieser Teil des Wachstums dann auch erledigt.

‚Anschwellen der Zellen‘

Ein weiterer Faktor, der bedacht werden muss, ist das Anschwellen der Zelle. Einige Trainingsprogramme resultieren in einer Superkompensation der Glycogenspeicher. Glycogen ist einer der wichtigsten Treibstoffe für Training gegen Widerstände und erlaubt mit einer erhöhten Speicherung eine größere Kraftausdauer und höhere Leistung bevor der Muskel ermüdet. Glycogen bindet ebenso Wasser. Ein Gramm Glycogen bindet sich an ca. 3g Wasser. Wenn wir durch Training der Muskulatur unsere Glycogenspeicher erhöhen, erhöht sich damit automatisch auch die Menge an Wasser, die in den Zellen gespeichert werden muss. Aus diesem Grund fühlen sich die Muskeln von Bodybuildern oft weicher an als die von Trainierenden in anderen Kraftsportarten. Die ballonartige Konsistenz hat mit der Schwellung durch Wasser zu tun. Bodybuilder die den sog. “trockenen” Look wollen, reduzieren aus diesem Grund jedes Lebensmittel vor einer Show, das Wasser speichern könnte und nutzen alle möglich diuretischen Mittel. Indem ein Bodybuilder nahezu alle Kohlenhydrate für drei bis vier Tage weglässt, reduziert derjenige das gespeicherte Muskelglycogen enorm. Muskeln geben gespeichertes Glycogen nicht wieder her, es musst verbraucht werden. Ein übliches Training um das zu erreichen ist ein schmerzhaftes Kraftausdauertraining mit vielen Sätzen. Sog. Depletion Trainings können helfen, die Zellschwellung zu reduzieren und damit den trockenen Look zu erreichen. Ein Nebeneffekt ist es, dass die Schwellung besonders stark nach der Gabe von Kohlenhydraten wieder auftritt. Mit sogenanntem Carb loading nach einer reduzierten Phase füllt sich der Muskel ballonartig mit Wasser und erhöht sogar kurzzeitig die Menge an Glycogen und Wasser, die er speichert. Dieser Effekt wird ebenso gerne für Fotoshootings ausgenutzt.

‚Bedeutung für die Praxis‘

Wer die Mechanismen versteht, die Hypertrophie auslösen, versteht auch, wie man trainieren sollte. Primär sind mechanische Belastungen und Stoffwechselreize nützlich. Dafür eignet sich konzentrisches UND exzentrisches Training. Als Beispiel: Kniebeugen sind konzentrisch und exzentrisch, Kreuzheben vom Boden aus ist rein konzentrisch.  Kreuzheben mit gestreckten Beinen ist wiederum eine Komboübung, da es eine exzentrische Komponente hat. Einige Studien zeigen zwar, dass exzentrische Bewegungen mit mehr Muskelschäden einhergehen, diese Muskelschäden sind aber wie bereits oben erwähnt nur ein Teil des Ganzen.

Ebenso wird klar, dass wir die mechanische Belastung bedenken müssen. Es muss ein gewisses Gewicht bewegt werden und nur über progressive Überlastung können wir stärker werden. Wir brauchen ein minimales Volumen, das Hypertrophie auslöst, aber kein Volumen dass die Muskeln so stark beschädigt, dass sie ewige Erholung brauchen. Das Gewicht muss für die gleiche Spannung immer schwerer werden, warum lernen wir später. Dem Gewicht und Volumen sind jeweils Grenzen gesetzt und beide bedingen sich gegenseitig. Ein hohes Gewicht kann nur schwer mit einem hohen Volumen ausgeführt werden, ein hohes Volumen erlaubt keine schweren Gewichte. Um die Muskelspannung und Effekte zu optimieren, können wir daher bei mittleren Gewichten und Wiederholungen trainieren und/oder das Training in Phasen periodisieren und die überlappenden Effekte beider Welten nutzen.  Stoffwechselreize sind besonders durch Training am Limit und Muskelversagen gekennzeichnet. Um Stoffwechseleffekte zu maximieren, sind Training mit vergleichsweise hohem Volumen und einer hohen relativen Intensität nötig.

In der Praxis bedeutet das, dass die beste Art zu trainieren eine Kombination aus Reizen ist. Schweres Gewicht mit ausreichendem Volumen und leichteres Gewicht am Limit mit ebenso ausreichendem Volumen. Die Forschung (Näheres dazu in meinem Buch) sagt, dass 40-60 Wiederholungen pro Muskelgruppe pro Workout eine gute Idee sind und dass die beste Kombination aus Kraft und Hypertrophie durch 4-6 Sätze mit 4-6 Wiederholungen zu erreichen sind. Aus diesem Grund ist eine der besten Arten zu trainieren, Grundübungen mit 4-6 Sätzen mit 4-6 Wiederholungen auszuführen und die fehlenden Wiederholungen durch 2-3 Sätze Assistance oder Isolationsübungen mit 8-12WDH aufzufüllen. Eine andere ebenso intelligente Möglichkeit ist es, Kraft und Volumentage mit den gleichen Übungen zu benutzen um ausreichendes Volumen, ausreichende mechanische Überlastung, ausreichende Stoffwechselreize und Muskelschäden für das Wachstum der Muskel zu erreichen. Dieses Vorgehen nennt DUP (Daily undulating periodization – Täglich wechselnde wellenförmige Periodisierung). Wir können nicht jedes Training am Muskelversagen verbringen. Daher macht es Sinn, Phasen von 4-6 zu planen und das benutzte Gewicht bei einem gegebenen Volumen Stückweise zu erhöhen, bis das geplante Maximalvolumen nicht mehr möglich ist. Nach einer Phase der Maximalbelastung ist eine Phase der Erholung und/oder eine Änderung des Zielvolumens und der genutzten Intensitäten angesagt. Entweder wir trainieren in gleichen, aufeinanderfolgenden Phasen oder wechseln die Intensitäten ab.

Im nächsten Teil der Artikelserie geht es um das Thema “Kraft gleich Masse” Zuerst erkläre ich dort, wieso es richtig und falsch zugleich ist und warum andere Leute gerne auf falsche Fährten damit gelockt werden.

‚Quellen‘

Die wohl beste Zusammenfassung von Mechanismen für Hypertrophie findet sich von Brad Schoenfeld und wurde im Journal of Strength and Conditioning Research veröffentlicht:

Schoenfeld, B. J. (2010). The mechanisms of muscle hypertrophy and their application to resistance training. The Journal of Strength & Conditioning Research, 24(10), 2857-2872. http://www.lookgreatnaked.com/articles/mechanisms_of_muscle_hypertrophy.pdf

Satellitenzellproliferation findet zeitlich vor Hypertrophie statt:

Bruusgaard, J. C., Johansen, I. B., Egner, I. M., Rana, Z. A., & Gundersen, K. (2010). Myonuclei acquired by overload exercise precede hypertrophy and are not lost on detraining. Proceedings of the National Academy of Sciences,107(34), 15111-15116. http://www.pnas.org/content/107/34/15111.full.pdf

Muskelschäden bedingen Satellitenzellproliferation:

Paulsen, G., Mikkelsen, U. R., Raastad, T., & Peake, J. M. (2012). Leucocytes, cytokines and satellite cells: what role do they play in muscle damage and regeneration following eccentric exercise. Exerc Immunol Rev,18(1), 42-97. http://www.medizin.uni-tuebingen.de/transfusionsmedizin/institut/eir/content/2012/42/article.pdf

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